JP2012184824A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】 製造の容易化や製造コストの低減を図りながら、作動性や耐久性の向上を実現したボールねじを提供する。
【解決手段】 デフレクタ９は、ボール７を転走路６とボール戻し孔１０との間で受け渡すためのガイド溝３１と、ナット５側の係止段部に係合する係合突起３２とを備えている。ガイド部２２は、ボール戻し孔１０側から転走路６側に向けて厚みが薄くなる楔状を呈している。また、ガイド面２１は、転走路６からボール戻し孔１０の下端に向けて傾斜した平面となっている。ボールねじ１の作動時、転走路６内のボール７は、ガイド溝３１に進入した後、ガイド溝３１とガイド面２１とに案内されてボール戻し孔１０に進入する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、産業機械やロボットの動力伝達機構を構成するボールねじに係り、詳しくは、製造の容易化や製造コストの低減を図りながら、作動性や耐久性の向上を実現する技術に関する。

ボールねじは、外周面に雄ねじ溝を有するねじ軸と、内周面に雌ねじ溝を有するナットと、雄ねじ溝と雌ねじ溝とによって画成された転走路に収容された多数のボール（通常は鋼球）とを備え、高い伝達効率と精度とをもって回転運動を直線運動に変換する機械要素である。ボールねじではボールを循環させる循環通路がナット側に設けられるが、この循環通路の形成要素にデフレクタ（こま）を用いるものとして、デフレクタ式（特許文献１参照）やエンドデフレクタ式（特許文献２参照）が広く採用される他、これらの特徴を兼ね備えた改良デフレクタ式（特許文献３参照）も公知となっている。

デフレクタ式は、ナットの外周側から雌ねじ溝側に複数のデフレクタを嵌挿させたもので、デフレクタに形成された戻し溝によって隣接する転走路にボールを戻す構造となっている。また、エンドデフレクタ式は、ナットに軸方向に沿った貫通孔を穿設するとともに、ナットの両端面にデフレクタをそれぞれ装着したもので、一方のデフレクタに形成された戻し溝によってナットの一端側からボールをすくい上げ、貫通孔および他方のデフレクタを介してナットの他端側にボールを戻す構造となっている。そして、改良デフレクタ式は、ナットに軸方向に沿った貫通孔を穿設するとともに、ナットの外周側から雌ねじ溝側に一対のデフレクタを嵌挿させたもので、一方のデフレクタに形成された戻し溝によってボールをすくい上げ、貫通孔および他方のデフレクタを介してボールを戻す構造となっている。

特開２００８−６４２５０号公報 特開２００９−２０４０９１号公報 特開２００８−３８９２０号公報

ボールねじの剛性や寿命を向上させるためには、負荷を受けるボールの個数（有効循環ボール数）を多くすることが望ましい。ところが、デフレクタ式を採用した特許文献１のボールねじでは、デフレクタで隣接するねじ溝にボールを戻すことから（すなわち、ボールを１リードで循環させることから）、有効循環ボール数を多くすべく独立した循環路を複数形成した場合には、各循環路間に間隙（半リード分あるいは１リード分）が必要となることでナットの軸方向寸法が大きくなって（ナットが長くなって）、ボールねじを用いる装置の設計自由度の低下や重量および体格の増大が避けられなかった。また、引用文献１のボールねじでは、デフレクタの内側にボールを案内する戻し溝が形成されているが、ボールをねじ軸から離間させる手段が備えられていない。そのため、このボールねじでは、ボールに作用する遠心力が小さくなる低速作動時に、ボールがねじ軸のランドに衝突することで作動の円滑性が損なわれることがあった。

一方、エンドデフレクタ式や改良デフレクタ式では、連続した循環路を有するために上述した問題は生じないが、以下に述べる別種の問題があった。
例えば、エンドデフレクタ式を採用した特許文献２のボールねじの場合、ナットの両端にフライス加工によってエンドデフレクタの保持凹部を形成するが、一端側の加工と他端側の加工とをワンチャックで行うことができないため、芯ずれやねじ溝に対するデフレクタの位相ずれ等が発生する虞があった。また、特許文献２のボールねじの場合、エンドデフレクタにボールをすくい上げるタングが設けられているため、長期間の使用によってタングが破損する問題があった。また、特許文献２のボールねじでは、ナットに軸方向からエンドデフレクタを挿入する都合上、ねじ軸に切り通しのねじ溝を形成する必要があった。また、特許文献２のボールねじでは、エンドデフレクタの先端が軸方向に沿って分断されたＵ字形状となっているため、該部の強度を高めることが難しかった。更に、エンドデフレクタ式のボールねじでは、ナットの全長にわたって貫通孔を穿設する必要があるとともに、ナットの両端部からエンドデフレクタを装着するため、エンドデフレクタの保持強度が低くなることが否めなかった。

一方、改良デフレクタ式を採用した特許文献３のボールねじの場合、湾曲した連結路をデフレクタの内部に形成する都合上、樹脂材料によってデフレクタを製作している。このボールねじでは、強度の低いデフレクタが長期間の使用によって摩耗あるいは破損するため、ボールねじの耐久性を確保することが難しかった。また、ロストワックス等によってデフレクタを製作した場合にも、特許文献２のボールねじと同様に長期間の使用によってタングが破損する問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、製造の容易化や製造コストの低減を図りながら、作動性や耐久性の向上を実現したボールねじを提供することを目的とする。

本発明の第１の側面では、外周面に雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に当該雄ねじ溝に対向する雌ねじ溝が形成されるとともに、当該雌ねじ溝の外側にボール戻し孔が設けられたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とからなる転走路に収容された複数のボールと、前記ナットに設けられた保持凹部に嵌挿され、前記転走路と当該ボール戻し孔との間で前記ボールの受け渡しを行う一対のデフレクタとを有するボールねじであって、前記ナットは、前記デフレクタ内において、前記ボールを前記ねじ軸に対して離間させるガイド部を前記保持凹部内に有する。

また、本発明の第２の側面では、前記ガイド部は、前記転走路側から前記ボール戻し孔側に向けて傾斜した平面状のガイド面を有する。

本発明によれば、ガイド部によってねじ軸のランドへのボールの衝突が防止されることにより、低速作動時等においてもボールねじの円滑かつ静粛な作動が実現される。また、ガイド部が高強度のナットに形成されるため、ガイド部にボールを案内することによる摩耗や疲労が殆ど起こらず、ボールねじの高い耐久性を実現できる。また、ガイド部が平面状のガイド面を有するものでは、フライスカッタ等による加工が容易に行える。

実施形態に係るボールねじの要部断面斜視図である。 実施形態に係るナットとデフレクタとを示す分解斜視図である。 実施形態に係るデフレクタの内側から見た斜視図である。 実施形態に係るナットおよびデフレクタの要部縦断面図である。 実施形態の作用を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を適用したボールねじの一実施形態を詳細に説明する。
≪実施形態の構成≫
図１に示すように、ボールねじ１は、比較的大きなリードの雄ねじ溝２が外周に形成されたねじ軸３と、雄ねじ溝２に対応する雌ねじ溝４が内周面に形成されたナット５と、雄ねじ溝２と雌ねじ溝４とによって画成された転走路６に収容された多数個のボール７と、ナット５に形成された保持凹部８に嵌挿されたデフレクタ９とを構成要素としている。本実施形態の場合、ねじ軸３およびナット５は、どちらもクロームモリブデン鋼を素材とする研削加工品であるが、クロームモリブデン鋼や炭素鋼を素材とする転造成型品であってもよい。なお、ボール７は、高炭素クロム軸受鋼鋼を素材とする鍛造成型品である。

ナット５には軸方向に沿ってボール戻し孔１０が穿設されており、ねじ軸３とナット５とが相対回転すると、両デフレクタ９を介して転走路６とボール戻し孔１０との間をボール７が循環する。ナット５の一端にはフランジ１１が形成されており、このフランジ１１に被駆動部材（図示せず）が取り付けられる。なお、図１中の符号１２は、ねじ軸３のランドを示す。

図２に示すように、保持凹部８は、切削工具（本実施形態の場合は、フライスカッタ）によってナット５の外周面側から内周面側に向けて穿設され、平面視で軸心に対して所定角度傾斜した長円形を呈している。保持凹部８内には、ボール７を案内するガイド面２１を備えたガイド部２２と、デフレクタ９を係止する係止段部２３とが形成されている。

（デフレクタ）
図３に示すように、デフレクタ９は、保持凹部８に対応する長円形を呈しており、ボール７を転走路６とボール戻し孔１０との間で受け渡すための湾曲したガイド溝３１と、ナット５側の係止段部に係合する係合突起３２とを備えている。本実施形態の場合、デフレクタ９は、オーバハングしたタングや湾曲したガイド孔等が存在しないため、高強度合金鋼の微粉末やバインダの混合物を素材として、ＭＩＭ（Metal Injection Molding：金属粉末射出成形）法によって形成されている。デフレクタ９はガイド溝３１を囲む縦壁３３，３４を有しており、ナット５への組付時において、これら縦壁３３，３４の先端がガイド部２２のガイド面２１に当接する。なお、ガイド溝３１は、そのねじ軸３側が転走路６から接線方向に飛び出したボール７が進入する位置に開口している。

（ガイド部）
図４に示すように、ガイド部２２は、ボール戻し孔１０側（図４中、左側）から転走路６側（図４中、右側）に向けて厚みが薄くなる楔状を呈している。また、ガイド面２１は、転走路６からボール戻し孔１０の下端に向けて傾斜した平面となっており、その傾斜角が保持凹部８の内壁面の角度に直交している。したがって、保持凹部８とガイド面２１とは、１つのフライスカッタによって同時に形成される。

≪実施形態の作用≫
本実施形態では、図示しない駆動装置によってねじ軸３が図１中で左回転すると、ねじ軸３にボール７を介して螺合したナット５が被駆動部材と伴に軸方向に沿って手前側に移動する。

（低速作動時）
ボールねじ１の低速作動時においては、転走路６内でデフレクタ９の設置部位に至ったボール７は、図１中左側のデフレクタ９の縦壁３３（すなわち、ガイド溝３１の湾曲した内壁面）に遮られることにより、雄ねじ溝２をせりがって転走路６からガイド溝３１に進入した後、図５に示すように、ガイド溝３１とガイド面２１とに案内されてボール戻し孔１０に進入する。ボール７は、ボール戻し孔１０を軸方向に移動した後、図１中右側のデフレクタ９から転走路６に戻されて循環する。

このように、ボール７は、転走路６からデフレクタ９に進入する際にガイド部２２によってねじ軸３のランド１２への衝突が防止されるため、低速作動時においてもボールねじ１の円滑かつ静粛な作動が実現される。また、ナット５が前述したように強靱なクロームモリブデン鋼や炭素鋼を素材とするため、ガイド部２２にボール７を案内することによる摩耗や疲労が殆ど起こらず、ボールねじ１の高い耐久性を実現できる。

（高速作動時）
ボールねじ１の高速作動時においては、転走路６内でデフレクタ９の設置部位に至ったボール７は、ナット5の雌ねじ溝4の拘束が解かれることで遠心力が作用し転走路６から接線方向に飛び出してガイド溝３１に進入した後、ガイド溝３１に案内されてボール戻し孔１０に進入する。なお、ボールねじ１の高速作動時には、低速作動時のようなボール７のせりあがりが起こらないため、ガイド溝３１の湾曲した内壁面の摩耗は生じにくい。

本実施形態のデフレクタ９は、ＭＩＭ法によって製作されていることから、ロストワックス法等に較べ、製造コストを著しく低減させることが可能となるとともに、強度や耐摩耗性を高めることもできる。また、デフレクタ９は、前述したエンドデフレクタとは異なり、剛体であるナット５の保持凹部８に全周が嵌入しているためにその保持強度が遙かに高くなるとともに、先端が分断されていないために強度や耐久性も高くなる。また、デフレクタ９は、ナット５の外周から装着されるため、前述したエンドデフレクタ式のもののような切り通しのねじ溝をねじ軸３に形成することなく組立が可能である。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は、比較的大きなリードの転走路を有するボールねじに本発明を適用したものであるが、本発明は小リードの転走路を有するボールねじにも当然に適用可能である。また、上記実施形態ではＭＩＭ法によってデフレクタを製造したが、デフレクタは、ロストワックス法や切削法等によって製造してもよいし、樹脂を素材として射出成型法等によって製造してもよい。また、上記実施形態ではガイド面を平面状として保持凹部と同時に加工するようにしたが、設計上あるいは性能上の都合等よってはガイド面を曲面状としてもよい。また、上記実施形態では、ボール戻し孔をナットの全長にわたって穿設したが、ボール戻し孔は、両デフレクタ間を連通すべく、例えばナットの一端側から他端側のデフレクタまで穿設すればよい。その他、ボールねじの具体的構造や各構成部材の具体的形状等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

１ ボールねじ
２ 雄ねじ溝
３ ねじ軸
４ 雌ねじ溝
５ ナット
６ 転走路
７ ボール
８ 保持凹部
９ デフレクタ
１０ ボール戻し孔
２１ ガイド面
２２ ガイド部
３１ ガイド溝

Claims (2)

1. 外周面に雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、
   内周面に当該雄ねじ溝に対向する雌ねじ溝が形成されるとともに、当該雌ねじ溝の外側にボール戻し孔が設けられたナットと、
   前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とからなる転走路に収容された複数のボールと、
   前記ナットに設けられた保持凹部に嵌挿され、前記転走路と当該ボール戻し孔との間で前記ボールの受け渡しを行う一対のデフレクタとを有するボールねじであって、
   前記ナットは、前記デフレクタ内において、前記ボールを前記ねじ軸に対して離間させるガイド部を前記保持凹部内に有することを特徴とするボールねじ。
2. 前記ガイド部は、前記転走路側から前記ボール戻し孔側に向けて傾斜した平面状のガイド面を有することを特徴とする、請求項１に記載されたボールねじ。

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